PWM/PSM双模式高压异步整流BUCK电路

为了在全负载范围内取得高转换效率,提出一种根据占空比来自动实现模式跳转的脉冲宽度调制（PWM）/跨脉冲调制（PSM）双模式的低功耗、高压直流电压转换电路.它的输入电压为3～24 V,输出电压为2.5～(VIN-0.5)V.当负载电流较大时,芯片采用开关频率为1 MHz的PWM工作模式;当负载电流减小时,采用开关频率降低的PSM模式,从而保证了在全负载电流变化范围内的高转换效率.PWM到PSM模式的跳转采用简单逻辑及最小占空比电路实现,达到了模式的自动转换.电路采用CSMC公司的0.5 μm 40 V高压混合信号模型设计并完成流片加工.测试结果表明,在5 V的输出下,当输入电压到达最大值24 V时,芯片保持了55%以上的转换效率.芯片在2种模式间可以实现平稳过渡,具有良好的负载电流调整特性.     

颤振激励下金属冷挤压成形降载特性

分析颤振激励下金属冷挤压成形过程中利用“有效摩擦力”降低材料变形抗力的成形机理,对比凹模固定以及凹模在不同参数颤振激励下的有限元仿真结果.仿真实验表明：颤振激励能够降低坯料成形过程中的平均行程载荷;颤振频率及幅值越大,平均行程载荷降低越多, 提出颤振平台的机构,并分析工作原理.选用6061铝材作为冷挤压的坯料,完成凹模固定及凹模颤振激励下的反挤压的实验研究.分析坯料在实际反挤压过程中行程载荷的特点,实验结果表明：凹模引入颤振激励后,挤压过程中的稳定行程载荷明显降低;当凹模颤振频率为100 Hz,幅值为0012 mm时,稳定行程载荷降低约6%;当凹模颤振频率为200 Hz,幅值为0012 mm时,稳定行程载荷降低约75%.     

无源超高频RFID低压高效电荷泵的设计与实现

提出了一种适用于无源超高频射频识别(RFID)标签的低压高效电荷泵电路的设计方案,用以最大化标签的识别距离。该方案利用偏置电路为主电荷泵提供偏置电压,通过二极管连接的MOSFET抑制偏置电路的负载电流来提高偏置电压,大大减小了传统电荷泵中的阈值损失,有效抑制了反向漏电流,提高了电荷泵的灵敏度和能量转换效率。该结构使用chartered 0.35 μm CMOS工艺进行流片验证,实测结果表明,在输入275 mV负载电阻200 kΩ情况下,电荷泵输出可达1.47 V,能量转换效率最高可达26.2%;采用该电荷泵的RFID标签识别距离最远可达4.2 m。该设计为RFID芯片的良好性能提供了可靠保证。     

带有无损电流检测的高效率可重构DC-DC变换器

为了提高便携式设备供电电源的效率,提出可重构的高效率DC-DC变换器.针对锂电池供电电源的特点,采用绿色模式控制策略将变换器自动重构成3种模式,以实现升压和降压功能,并减小功耗.在轻载条件下引入突发控制模式,以减小开关损耗,从而提高了效率.变换器在1.5 μm BCD工艺下设计并流片,芯片面积为8.75 mm2.变换器的输入电压为2.7～4.2 V,输出电压为3.3 V.当输入电压接近3.3 V时,该系统可以实现降压和升压的平滑过渡.在快速响应的电流模式控制中,提出基于Gm-C滤波器的无损电流检测技术,实现了无损、精准的电流检测.当负载在30 mA和300 mA之间跳变时,系统恢复时间小于100 μs.在0～500 mA的负载范围内,系统的效率能够保持在80%以上,最高可达94%.     

Bidirectional current path recessed gate tunnel field-effect transistor

The structure asymmetry of the conventional tunneling transistor makes it only able to have a unidirectional current path, which will cause the inconvenience of circuit design. In order to overcome this shortcoming, a novel recessed gate tunnel field-effect transistor with high performance is proposed in this paper and verified by silvaco TCAD software. The effects of process parameters such as doping concentration and geometry dimension on the energy band and properties of the device are analyzed. Simulation results show that the I_on／I_off ratio can reach 5×10⁶ at a 05V driving voltage and the minimum subthreshold swing of 12mV／dec at the 01V gate to source voltage. In general, this device has a large switching ratio and a very steep subthreshold slope under a low drive voltage. It is expected that this novel device can be one of the promising alternatives for ultra-low power applications.     

Low power time-interleaved 12-bit 500MS／s charge-domain ADC

A feed-forward common-mode(CM) charge compensation circuit and a foreground calibration technique for the high speed charge-domain (CD) pipelined analog-to-digital converter (ADC) is presented to solve the problem that the precision of CD pipelined ADCs is restricted by the variation of the input CM charge and the offset error. The proposed compensation circuit and the calibration technique can compensate the CM charge and errors caused by the variation of the input CM charge and offset respectively. Based on the feed-forward CM charge compensation circuit and the offset error foreground calibration technique, a 12bit 500MS／s time-interleaved CD pipelined ADC is designed and realized in a 1P6M 018μm CMOS process. The ADC achieves the spurious free dynamic range (SFDR) of 775dB and the signal-to-noise-and-distortion ratio (SNDR) of 627dBFS for a 199MHz input at a full sampling rate. The variation of signal-to-noise ratio is less than 3dB for the input CM voltage in the 0 to 12V range. The power consumption of the prototype ADC is only 220mW at 18V supply and occupies the active die area of 624mm².     

一种内阻辨识控制的热电变流系统

针对热电转换系统提出了一种四管升降压式变换器。该电路可以工作在升压、降压和升降压3种工作模式。通过对热电模块的热阻进行辨识,实现了新型最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)和功率匹配(power matching,PM)的控制方法。分析了电路的工作原理,给出了电路控制算法及流程图,并分析了系统模型。最后以20 V电压为输入,12 V蓄电池为负载,建立了该系统实验装置。结果表明:该算法能有效实现电路所需工作模式,证明了该算法的准确、高效。     

环境WiFi能量采集系统的匹配网络与整流电路设计

设计了一款针对WiFi信号的环境能量采集系统,工作频率范围从2.4 GHz到2.485 GHz.该系统采用了4倍压整流电路,并设计了从天线到整流电路的宽带匹配电路,提升了能量采集的效率.设计的宽带匹配电路在WiFi工作频率范围内,S_(11)均小于-10 dB.整流电路可将采集信号增加4倍,能有效提高RF-DC转换效率.测试结果表明,所设计的电路达到了设计要求,在-10 dBm的输入功率下,达到了40%的RF-DC转换效率,并使超级电容在30 min内采集到了257 mV的电压.     

恒流LDO型白光LED驱动芯片的设计研究

完成了一种具有极低脱落电压(LDO)的白光LED恒流驱动芯片的设计．利用一级温度补偿和二次比例电阻分压技术在内部集成了0.75V带隙基准源,可在2.7V到7.0V的工作电压范围内提供350mA的恒定驱动电流．当环境温度从-10℃到100℃变化时,驱动电流变化小于5.06%;电源电压有±10%跳变的情况下,驱动电流变化小于±0.8%;最小脱落电压可达120mV;控制电路功耗小于1.75mW,整个电路转换效率可达75%．     

DC-DC转换器中低压迟滞比较器的电路设计

传统带隙电压基准和迟滞比较器需要至少2V以上的输入电压,而且占芯片面积较大。针对低压微功耗的要求,设计一种具有带隙结构的迟滞比较器电路,工作电压可低至1.2V。整个芯片的静态电流只有40uA。电路基于Bipolar工艺设计,利用Hspice软件仿真,结果表明:根据产品的电池电压不同,设计效率高达85%,迟滞比较器的迟滞电压为8mV,翻转门限电压随输入电压和温度的变化均很小。     

一款JFET低噪声前置放大器的设计

为了与传感器相匹配,得到放大器的最小噪声系数,本文从对结型场效应管的等效输入电压噪声eN及等效输入电流噪声iN的分析中,得到结型场效应管的最佳源电阻比双极型晶体管要高出2-3个数量级的结论,并设计制作了一款结型场效应管低噪声前置放大器实用电路。并对其幅频特性、输入阻抗和等效输入电压噪声进行了测量,结果表明其输入阻抗高达71MΩ,等效输入电压噪声约为0.87nV／√Hz,是一种适合于高内阻传感器的较为理想的低噪声前置放大器电路,也可以通过阻抗变换后用于磁力仪等需要低噪声放大的场所。     

Rapidly transient response with the flexible mode and high-efficiency buck-boost converter

A novel current sensing technique with a rapidly transient and flexible mode buck-boost converter is presented. The converter can work in an appropriate mode according to the input voltage (V_IN) and inductor current (I_L), with smooth transition and flexible working modes achieved. The average current sensing (AVCS) circuit has an accurate measurement of I_L. The transient response time is also decreased. The current sensing converter is implemented in the Silterra 0.18μm COMS process. Experimental results show 95％ peak efficiency at an output current 1A with 4.2V V_IN, so that the converter can extend the battery life. The output transient with the load current altering from 0 to 2A is 6mV and the recovery time is 60μs.     

基于OB2269的高精度笔记本电源适配器

设计基于OB2269的高精度笔记本电源适配器。功率电路采用反激式拓扑结构,电路的控制采用PFM型频率调制控制方式,辅助电源采用晶体管有源嵌位电路,输出电路采用变压器单路隔离输出,电压反馈电路采用光耦PC817和TL431的组合结构。测试结果表明:本电源适配器能输出19.3 V的稳定电压,功率可达100 W,效率高达78.8%,文波电压为100 m V。本电源适配器适用于75~285 V宽电压的交流输入,是一种成本低、维修简单的高性能开关电源。     

Carrier leakage and I/Q mismatch calibrated technique

The carrier leakage and I/Q mismatch calibrated technique based on the digital baseband for the direct conversion transmitter is described. The proposed technique only needs a calibration chain to detect mismatches, and then transmits them to the digital baseband, which completes the calibrated task. The proposed method is very simple in reducing die areas and power dissipation. Under TSMC 013μm CMOS technology simulation, the calibrated error of carrier leakage is less than 15％ and the error of I/Q mismatch is less than 65％．The measurement results indicate that I/Q amplitude mismatch is reflected at twice the input frequency. The calibrated chain gain range is 15dB with a 5dB step, and the bandwidth is 20MHz.     

涡激振动发电装置水动力及功率特性实验研究

对不同负载、不同流速下圆柱振子所受流体升力、振动位移及发电机输出电压进行测试,分析能量传递和转换过程中的流体升力和动力响应特征,以及升力系数、位移幅值、转换功率及效率随流速的变化.结果表明,位移幅值和响应频率受负载电阻的影响较小,发电机输出电压、输出功率及能量转换效率受负载电阻的影响较明显,随负载电阻的变化为非单调;当负载电阻增加到一定值时,其对升力的影响变得非常小.升力特征随约化速度的变化而变化.当约化速度小于5.0时,升力频率成分较为单一,频谱只有一个谱峰,其脉动曲线的正负幅值较对称;当约化速度大于5.0后,出现了倍频成分,使正幅值明显大于负幅值.     

基于3阶补偿网络的Buck电路输出电压控制策略的设计

Buck电路是一种降压斩波器,降压变换器输出电压平均值Vo等于占空比乘以输入电压Vin。通常电感中的电流是否连续,取决于负载的大小,所以简单的BUCK电路输出的电压不稳定,一旦负载突变会造成严重后果。加入3阶运算放大器补偿器以实现PID控制。可通过采样环节得到PWM调制波,再与基准电压进行比较,通过PID控制器得到反馈信号,与三角波进行比较,得到调制后的开关波形,将其作为开关信号,从而实现BUCK电路闭环PID控制系统。     

Single-stage active clamp power factor correction AC/DC converter

A simple single-stage AC/DC converter circuit with active clamp is presented. The operation theory and state are analyzed. The experimental results show that the voltage across main switch can be clamped to a certain value,and zero voltage switching (ZVS) can be achieved. The voltage stress and switching loss are both decreased. In range of the whole load,power factors can be always more than 97%,and the highest efficiency can reach 88%.     

低功耗无片外电容的低压差线性稳压器

设计了输出电压为3.3 V,最大输出电流为100 mA的无片外电容低压差线性稳压器（LDO）.该芯片采用并行结构的微分器和大米勒电容,通过比例调节和微分调节结合的方式,利用微分器电路在瞬间提供大的转换电流,克服了无片外电容LDO在负载和电源电压变化时输出电压跳变过大的问题.芯片采用CSMC公司0.5 μm工艺模型设计,并经过流片.测试结果表明,在5 V工作电压下,当负载电流从100 mA在1 μs内下降到1 mA时,输出电压变化小于600 mV;电路的静态电流小于4.5 μA.测试结果验证了电路设计的正确性.     

用于相变存储器的超低输出纹波电荷泵

针对相变存储器编程操作对电荷泵低输出纹波与高瞬态响应速度的要求,提出了一种超低输出电压纹波的开关电容型电荷泵。相比于传统开关电容型电荷泵,在充电阶段,由电压比较器控制泵电容充电时间,泵电容被充电至预先设定的电压值Vo-Vin后停止充电,其中Vo为预期输出电压,Vin为输入电源电压;放电阶段,泵电容串联在输入电源Vin与电荷泵输出端,泵电容上极板电压自然地被提升至Vo并向外部负载输出电流。通过该方法固定电荷泵输出电压,可有效地消除由于电容间电荷分享所造成的输出纹波,并兼顾了高瞬态响应速度。使用中芯国际0.18μm标准CMOS工艺模型进行仿真验证,结果表明新结构的电荷泵在输入电压为2.2~4.8V间,输出5V电压,10mA负载电流,输出纹波低于3mV,电源效率最高可达88%.     

耦合弯曲-剪切载荷L型压电振子的低宽频特性

针对传统的压电能量采集装置固有频率高、工作频率范围窄及能量转换率低的问题,基于Timoshenko梁理论提出耦合弯曲-剪切载荷的L型压电振子,研究基于L型压电振子的复合压电结构的能量采集特性. 根据无线传感器的作业环境特点,研究L型悬臂梁的长度、宽度及延伸段长等因素对压电能量采集频率、输出电压峰值及能量转换效率的影响规律. 组合不同尺寸L型压电悬臂梁,研究设计回字形布局的阵列式复合振子. 经仿真分析与实验验证结果可知,在0~250 Hz低频环境下,能量采集频率为28~36 Hz、61~68 Hz、92~99 Hz以及103~111 Hz,较等尺寸传统阵列式压电复合振子覆盖频率平均提升了260%.